Магматические океаны — это обширные поля поверхностной магмы , которые существуют в периоды аккреции планет или некоторых естественных спутников , когда небесное тело полностью или частично расплавлено . [1]
В ранней Солнечной системе магматические океаны образовались в результате плавления планетезималей и планетарных столкновений . [1] Малые планетезимали плавятся под действием тепла, выделяемого радиоактивным распадом алюминия -26 . [1] По мере того, как планеты становились больше, энергия затем поступала от гигантских столкновений с другими планетными телами. [2] Магматические океаны являются неотъемлемой частью планетарного образования, поскольку они способствуют формированию ядра посредством сегрегации металлов [3] и атмосферы и гидросферы посредством дегазации. [4] Существуют доказательства, подтверждающие существование магматических океанов как на Земле , так и на Луне . [1] [5] Магматические океаны могут существовать в течение миллионов или десятков миллионов лет, перемежаясь относительно мягкими условиями.
Источниками энергии, необходимой для образования магматических океанов в ранней Солнечной системе, были радиоактивный распад алюминия-26, аккреционные удары и формирование ядра. [1] Распространенность и короткий период полураспада алюминия-26 позволили ему функционировать в качестве одного из источников тепла для плавления планетезималей. С алюминием-26 в качестве источника тепла планетезимали, которые аккрецировали в течение 2 млн лет после образования первых твердых тел в Солнечной системе, могли расплавиться. [1] Плавление планетезималей началось внутри, и внутренний магматический океан переносил тепло посредством конвекции. [1] Планетезимали размером более 20 км в радиусе, которые аккрецировали в течение 2 млн лет, как ожидается, расплавились, хотя и не полностью. [1]
Кинетическая энергия, обеспечиваемая аккреционными ударами, и потеря потенциальной энергии планеты во время формирования ядра также являются крупными источниками тепла для плавления планеты. [1] Формирование ядра, также называемое дифференциацией металла и силиката, представляет собой отделение металлических компонентов от силиката в магме, которая погружается, образуя планетарное ядро. [1] Аккреционные удары, которые производят тепло для плавления зародышей планет и крупных планет земной группы, имеют предполагаемую временную шкалу от десятков до сотен миллионов лет. [1] Ярким примером может служить удар о Землю, в результате которого, как полагают, образовался магматический океан глубиной до 2000 км. [1] [5] Энергия аккреционных ударов в первую очередь расплавляет внешнюю часть планетарного тела, а потенциальная энергия, обеспечиваемая дифференциацией ядра и погружением металлов, расплавляет внутреннюю часть. [1]
Результаты миссий «Аполлон» стали первыми доказательствами существования магматического океана на Луне. [1] Было обнаружено, что породы в образцах, полученных в ходе миссий, состоят из минерала, называемого анортитом . [1] Анортит в основном состоит из различных плагиоклазовых полевых шпатов , которые имеют меньшую плотность, чем магма. [1] Это открытие породило гипотезу о том, что породы образовались в результате подъема на поверхность магматического океана на ранних стадиях жизни Луны. [1] Дополнительные доказательства существования лунного магматического океана включают источники морских базальтов и KREEP (K для калия, REE для редкоземельных элементов и P для фосфора). [1] Существование этих компонентов в преимущественно анортозитовой коре Луны является синонимом затвердевания лунного магматического океана. [1] Кроме того, обилие микроэлемента европия в коре Луны предполагает, что он был поглощен из магматического океана, оставив дефицит европия в морских базальтовых породах коры Луны. [1] Лунный магматический океан изначально имел толщину 200-300 км, а магма достигла температуры около 2000 К. [5] После ранних стадий аккреции Луны магматический океан подвергся охлаждению, вызванному конвекцией в недрах планеты. [5]
Во время своего формирования Земля, вероятно, пережила ряд магматических океанов, образовавшихся в результате гигантских ударов, [6] последним из которых был удар, приведший к образованию Луны. [5] Лучшим химическим доказательством существования магматических океанов на Земле является обилие определенных сидерофильных элементов в мантии, которые фиксируют глубину магматического океана приблизительно в 1000 км во время аккреции. [7] [8] Научные доказательства, подтверждающие существование магматических океанов на ранней Земле, не так развиты, как доказательства для Луны, из-за переработки земной коры и перемешивания мантии. [1] В отличие от Земли, признаки магматического океана на Луне, такие как флотационная кора, элементарные компоненты в породах и KREEP, сохранились на протяжении всей ее жизни. [1]
Сегодняшнее внешнее ядро Земли представляет собой жидкий слой толщиной около 2260 км (1400 миль), состоящий в основном из расплавленного железа и расплавленного никеля , который лежит над твердым внутренним ядром Земли и под ее мантией . [9] [10] [11] Этот слой можно рассматривать как океан расплавленного железа и никеля внутри Земли.